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中国沙漠, 2022, 42(3): 51-62 doi: 10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00166

中国海岸风沙沉积记录的环境变化

贾虹,1, 孙智妍1, 谢金明2, 陈杰1, 郑影华3, 强明瑞,1

1.华南师范大学 地理科学学院，广东 广州 510631

2.兰州大学 资源环境学院，甘肃 兰州 730000

3.北京师范大学 防沙治沙教育部工程研究中心，北京 100875

Environmental changes recorded by aeolian deposits in the coasts of China

Jia Hong,1, Sun Zhiyan1, Xie Jinming2, Chen Jie1, Zheng Yinghua3, Qiang Mingrui,1

1.School of Geography，South China Normal University，Guangzhou 510631，China

2.College of Earth and Environmental Sciences，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China

3.MOE Engineering Research Center of Desertification and Blown-Sand Control，Beijing Normal University，Beijing 100875，China

通讯作者: 强明瑞（E-mail： mrqiang@scnu.edu.cn）

收稿日期: 2021-09-07   修回日期: 2021-10-27  

基金资助: 国家自然科学基金项目.  42071109
防沙治沙教育部工程研究中心开放课题.  2021-B-3

Received: 2021-09-07   Revised: 2021-10-27  

作者简介 About authors

贾虹（1995—），女，山西曲沃人，硕士研究生，主要研究方向为海岸风沙沉积与环境演化E-mail：782037465@qq.com , E-mail：782037465@qq.com

摘要

海岸是陆、海、气相互作用的地带。海岸风沙沉积是这一特殊动力环境的产物，是研究海岸环境演变及海平面变化的良好信息载体。中国海岸主要存在3种风沙沉积，分别为“老红砂”、沙丘岩及海岸沙丘。本文通过比较已报道的风沙堆积的物质组成、地层变化等，进一步总结了海岸风沙沉积的特征；选择已开展绝对测年的沉积剖面，利用概率密度函数分析了风沙沉积年代的分布特征，考察了中国海岸风沙活动历史，结合其他气候记录，探讨了不同地质历史时期海岸风沙堆积的关键影响因素。结果表明：“老红砂”沉积主要记录了冰期-间冰期尺度的风沙活动，在120 ka BP前后、73—55 ka BP等时期，风沙活动主要与海平面下降时陆架提供的丰富沙源和强盛的冬季风有关；而在105 ka BP、80 ka BP前后，风沙活动与高海平面时期丰富的沙源或季风气候的季节性增强有关；55 ka BP以来风沙活动强度降低更多地反映了沉积记录保存环境的变化，末次冰期海岸风沙沉积大多分布在现代海面之下，并不代表实际的海岸风沙活动减弱。相比之下，海岸沙丘沉积所记录的风沙活动主要发生在近3 000 a，可能与中国海岸冬季风的增强有关。

关键词： 海岸风沙 ; 年代控制 ; 风沙活动 ; 沉积过程 ; 环境变化

Abstract

The coasts are the critical zones in which complex interactions among the land， ocean and atmosphere are intensive. The coastal aeolian deposits are a product in the dynamic environments， and therefore are good archives for studying evolution of coastal environments and changes in sea level. There are mainly three types of aeolian deposits along the coasts of China， i.e.， the “Old Red Sand”， aeolianites and sand dunes. This paper reviews the sedimentary characteristics of aeolian deposits by comparing the material composition and stratigraphic variability of different types of aeolian deposits that have been reported formerly. In this study， we selected the aeolian deposits sections dated by absolutely dating， used probability density function to analyze the distribution characteristics of the ages of aeolian deposits， investigated the history of aeolian activity on various timescales， and discussed key factors affecting coastal aeolian deposition along the coasts of China. The results show that aeolian activity on a glacial-interglacial scale were mainly recorded by the “Old Red Sand”. At around 120 ka BP and 73-55 ka BP， aeolian activity was mainly related to abundant sediment supply， originated from continental shelfs due to decline in sea level and strong winter monsoon circulation； whereas at around 105 ka BP and 80 ka BP， aeolian activity was ascribed to abundant sediment supply due to intensified runoffs resulted from enhanced monsoonal circulation and/or enhanced seasonality of monsoon climate. The decrease in the intensity of aeolian activity since 55 ka BP most likely reflected changes in preservation environments of sedimentation record， and most coastal aeolian deposits during the last glacial were inundated below the modern sea level， which does not mean that actual coastal aeolian activity weakened at that time. Aeolian activity recorded by sand dune deposits mainly occurred in the past 3 000 years， which may be related to the strengthened winter monsoon during the late Holocene. Our results may have been helpful for further understanding of key processes affecting coastal aeolian depositions and environmental changes as inferred from them.

Keywords： coastal aeolian deposits ; age control ; aeolian activity ; sedimentary processes ; environmental changes

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本文引用格式

贾虹, 孙智妍, 谢金明, 陈杰, 郑影华, 强明瑞. 中国海岸风沙沉积记录的环境变化. 中国沙漠[J], 2022, 42(3): 51-62 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00166

Jia Hong, Sun Zhiyan, Xie Jinming, Chen Jie, Zheng Yinghua, Qiang Mingrui. Environmental changes recorded by aeolian deposits in the coasts of China. Journal of Desert Research[J], 2022, 42(3): 51-62 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00166

0 引言

海岸风沙地貌是海岸带独具特色的自然景观。海岸风沙沉积是陆、海、气等介质相互作用的产物，是在海岸带复杂动力条件下保存的地质记录，其沉积过程对全球变化响应敏感［1-2］。因此，开展海岸风沙沉积研究对于认识海岸环境演化及海陆相互作用过程等具有重要意义。20世纪80年代以来，中国学者针对海岸风沙沉积与环境变化开展了大量的研究工作，主要在海岸风沙地貌类型［1，3］、沉积特征［4-6］、形成年代［7-9］、成因机制及发育模式［8，10-13］等方面，对于理解海岸风沙沉积、形成演化等的过程与机制取得了许多重要认识。同时，学者们利用海岸风成沉积重建了不同时期风沙活动历史，并与东亚季风盛衰、海平面变化等相联系［14-17］。

中国海岸线漫长，海岸风沙沉积分布广泛［13，18］。风沙沉积是海岸环境不可多得的沉积记录，因而是海岸环境乃至区域环境变化的重要信息载体 ［19-20］。本文通过总结中国海岸风沙沉积特征、地层变化等，结合年代学分析结果，探讨了晚第四纪中国海岸风沙活动历史，并与区域气候、海平面变化等序列进行比较，尝试理解不同时间尺度海岸风沙活动的关键控制因素。取得的认识或可为海岸风沙沉积与环境演化的进一步深入研究提供参考。

1 中国海岸风沙沉积

1.1　分布

除江苏省海岸外，中国其他省份的海岸或多或少均分布有风成砂，风沙活动频繁的海岸合计长约585 km［13，21］。因此，中国海岸风沙地貌分布广泛，不仅出现在温带半湿润区，而且在亚热带和热带湿润区也有分布［18，22］，但其分布规模较小，相对零散。海岸风沙分布不遵循地带性规律［3］，多在地形开阔、风力较强地带及河流入海口，如海南文昌、福建平潭、河北昌黎等海岸段分布有大规模的风沙地貌，且分布有不同时代的风沙沉积［8，15，18］。海岸风沙下伏基底地形主要包括沙质海岸平原、基岩丘陵及台地［1］，为其发育提供广阔的沉积场所。不同海岸段海岸风沙的分布存在区域差异。山东、河北、辽宁等沿海地区海岸风沙分布较少，而华南沿海地区较多。福建、广东海岸曲折，多岬湾岸段，海岸沙丘一般规模较小，而“老红砂”保存较多［10］。中国目前已发现的沙丘岩有10余处，都分布在华南沿海地区。从福建的苦鹅头，到西沙群岛的石岛［6］，尤其海南岛沿岸分布最多［23］（图1，表1）。近年来，由于人类活动的影响，海岸风沙的分布、地貌等发生了明显变化［18］。

图1

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图1   中国海岸风沙分布及部分沉积剖面地点

1.木堆［14］；2.锦山［24］；3.西坑［24］；4.文昌南北沟［6］；5.临高昌拱［25］；6.阳江青洲岛［25］；7.汕头广澳尖石头山［26］；8.虎头山［27］；9.大澳［28］；10.上大澳［29］；11.赤湖［28］；12.科任［30］；13.庵山（SHA）［31］；14.颜厝（YC）［29］；15.颜厝（YCR）［27］；16.深沪［32］；17.庵山（ASS）［17］；18.祥芝［32］；19.莆田后石井［9］；20.莆田苦鹅头［33］；21.白青乡［15］；22.青峰（QFS）［16］；23.青峰（QF）［34］；24.东海［35］；25.东山［36］；26.南澳［29］；27.盘锦1［37］；28.盘锦3［37］

Fig.1   The distribution of aeolian deposits in the coasts of China and the locations of outcrop sections of some aeolian deposits


表1   中国海岸典型风沙沉积剖面

Table 1  List of some typical profiles of aeolian deposits along the coasts of China

序 号地点名称位置剖面 厚度 /m地层类型测年方法年代个数年代范围 /ka BP资料来源
1海南沿海木堆19°41′31″N, 110°59′03″E6.62风成砂-古土壤-风水两相沉积-湖相沉积OSL66.4—38.7[14]
2锦山20°04′12″N, 110°41′24″E7.5风成砂OSL62.20—9.89[24]
3西坑20°06′36″N, 110°40′12″E3风成砂-老红砂OSL43.41—22.27[24]
4文昌南北沟——沙丘岩14C11.15±0.075[6]
5临高昌拱——沙丘岩14C12.141±0.081[25]
6广东沿海阳江青洲岛——沙丘岩14C12.08±0.15[25]
7汕头广澳尖石头山——沙丘岩14C12.68±0.095[26]
8福建沿海虎头山23°54′45″N, 117°44′36″E4风成砂-老红砂OSL70.192—37.828[27]
9大澳23°56′51″N, 117°45′29″E8.5风成砂OSL80.3—1.8[28]
10上大澳23°58′01″N, 117°46′38″E5风成砂OSL40.11—0.17[29]
11赤湖24°06′16″N, 117°53′33″E6.5风成砂OSL120.7—2.3[28]
12科任24°34′56″N, 118°39′14″E14.8老红砂OSL2612.03—117.37[30]
13庵山（SHA）24°36′33″N, 118°39′20″E4风成砂-老红砂OSL110.108—0.854[31]
14颜厝（YC）24°36′38″N, 118°39′10″E5.1风成砂OSL50.05—0.4[29]
15颜厝（YCR）24°36′39″N, 118°39′22″E6老红砂OSL461.708—125.453[27]
16深沪24°36′54″N, 118°40′26″E9.5老红砂OSL532.2—77[32]
17庵山（ASS）24°39′23″N,118°37′21″E7.5风成砂-老红砂OSL70.15—127.32[17]
18祥芝24°46′13″N, 118°45′44″E5.8老红砂OSL350.2—73.8[32]
19莆田后石井——沙丘岩14C62.655—3.68[9]
20莆田苦鹅头——沙丘岩14C22.614—4.82[33]
21白青乡25°39′N,119°46′E19.36老红砂-古风成砂交错OSL1322.4—146.9[15]
22青峰（QSF）25°39′46″N, 119°46′40″E18.9老红砂OSL2033.79—110.31[16]
23青峰（QF）25°39′49″N, 119°46′53″E11.4老红砂OSL461.9—122.5[34]
24东海25°52′30″N, 119°34′45″E6风成砂OSL60.121—0.449[35]
25东山25°52′44″N，119°3′33″E8.5风成砂OSL90.2—5.6[36]
26南澳25°54′36″N, 119°41′26″E3.5风成砂-古土壤-风成砂OSL60.17—0.71[29]
27辽宁沿海盘锦1盘锦国家森林公园3风成砂OSL10.12±0.05[37]
28盘锦3盘锦国家森林公园1.6风成砂-古土壤OSL30.82—3.62[37]

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1.2　沉积特征

“老红砂”、沙丘岩及海岸沙丘的物质组成都以陆源碎屑为主，如石英砂，而“老红砂”、沙丘岩是海岸沙丘风化或胶结的产物［6，38］。海岸风沙以中细砂为主，分选好，粒度正偏态分布，符合风成砂的沉积特征［1］。由于后期风化作用，“老红砂”含有一定量的粉砂和黏土。沙丘岩机械组成较粗［6］。石英砂粒表面结构特征既有典型的风成特征，也有继承和改造了的海滩砂的特征［19］。温带海岸沙丘石英颗粒表面的机械撞击痕迹比华南沿海地区明显，这与温带地区冬季风力较强有关，而华南地区海岸沙丘石英颗粒表面经受了更为显著的化学溶蚀和淀积作用［39］，反映了华南地区湿热的气候特征。海岸风沙沉积一般具有交错层理［18］，然而，由于较强的风化作用，“老红砂”的层理不太明显［40］。此外，沙丘岩和海岸沙丘还具有因沿海地区湿度大造成的变形构造［4，6］。三者的重矿物组合基本相似，也与海滩岩及花岗岩风化壳重矿物组成相似［40-42］，反映了三者共同的物源。“老红砂”的重矿物含量偏低，多为稳定矿物，黏土含量高，表明不稳定矿物风化为黏土的事实［38］。地球化学特征研究集中在“老红砂”与沙丘岩，“老红砂”常量元素组合与花岗岩风化壳相似［43］，反映了花岗岩为其主要物源，微量元素比值（B/Ga、Sr/Ba、Rb/K等）、沉积磷酸盐中Ca2+/Fe3+、Ca/Fe+Ca估算的古盐度值均指示陆相沉积，进一步证明了“老红砂”的风成成因［5，44］。沙丘岩与海滩岩相比，Mg、Sr含量较低，富含现代碳酸盐的高镁方解石和文石在表生条件下转化为更稳定的低镁方解石，过量的Mg、Sr被淋溶，指示了沙丘岩在表生淡水环境下的成岩机制［26］。结合上述分析，三者的沉积特征虽有差异，但其研究结果为判别海岸沙质沉积的风成成因提供了有力的证据（表2）。

表2   不同类型海岸风沙沉积的沉积特征［1，20］

Table 2  The sedimentary characteristics of the different types of aeolian deposits along the coasts of China （sourced from ［1，20］）

沉积特征老红砂沙丘岩海岸沙丘
沉积组分陆源碎屑为主，生物碎屑含量少生物壳屑、岩屑陆源碎屑、较多的海相贝壳碎屑
粒度特征中细砂为主，含有一定量的粉砂、黏土，分选好到中等，剖面自上而下粒径差异较小，正偏，峰态属中等到窄中砂为主，粒度较粗，分选好，尖度较高，正偏中细砂为主，分选好，偏态多近于对称、单峰尖、跃移为主
石英砂表面结构特征磨圆度较好，表面有典型的碟形坑与蛇曲脊、新月形或半月形撞击坑、V 形撞击坑和SiO2沉淀等磨圆度在次圆-次棱角状之间，并有典型的碟形坑、边缘经磨圆的V形坑磨圆较好，为圆状和次圆状，石英颗粒表面碟形坑较为典型，也有V形撞击坑，表面化学溶蚀和沉淀作用明显
沉积构造块状，无明显层理；有时可见高角度交错层、低角度交错层理、楔状层理大型板状和楔状交错层理为主，主要有滑塌变形构造、根构造高角度板状交错层理、低角度板状交错层理、楔状层理、平行层理等，并常见再作用面，存在厚层顶积层及变形层理
矿物特征钛铁矿、磁铁矿、电气石、锆石等为主，重矿物含量偏低，大部分为稳定矿物，不稳定矿物含量低重矿物含量低，主要由普通角闪石、绿帘石、钛铁矿、磁铁矿、黑云母、锆石、榍石和碳酸盐矿物等组成磁铁矿、绿帘石、赤铁矿、锆石为主，黏土矿物以伊利石为主，高岭石(含少量绿泥石)次之
地球化学特征常量化学元素组合为SiO2-Al2O3-Fe2O3-FeO-MgO，FeO/Fe2O3<1，B/Ga<3.3、 Sr/Ba<1、Rb/K<0.004，Ca2+/Fe3+为1—1.6、Ca/Fe+Ca为0.3左右Mg、Sr含量低—

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1.3　沉积序列

“老红砂”沉积厚度变化较大，一般为5—10 m，最大厚度可达约25 m［38］。前人在“老红砂”中发现不同的沉积相变，如古土壤层或泥炭层（陆丰甲子、惠来靖海北炮台等地）［11］；“老红砂”与下伏花岗岩风化壳之间常有铁盘层和角砾层存在（惠来靖海灯塔、旧厝山等地）［38］，它们可能代表沉积间断或风沙活动减弱甚至停止。本文涉及的“老红砂”剖面中，晋江地区的深沪、祥芝、颜厝（YCR）、庵山（ASS）等剖面在“老红砂”台地上，随剖面深度增大颜色逐渐变淡［17，27，32］（图2），可能反映了风化程度减弱［45］，也可能反映了随地层深度逐渐加强的还原作用。平潭青峰（QSF）和晋江科任剖面，两者沉积厚度都较大，沉积序列存在色度差异，但为渐变过渡，没有明显的沉积间断面［16，30］。在晋江科任剖面最下部的暗棕红色砂层上部存在网纹层，表明沉积环境发生了变化。平潭白青乡剖面“老红砂”与古风成砂交替出现［15］。晋江庵山（ASS）、漳浦虎头山、海南西坑剖面海岸风成砂均发育于“老红砂”之上，两者间存在明显沉积间断面［17，24，27］。尽管如此，这些地点的风沙沉积表现为在“老红砂”沉积之后，海岸沙丘在其上部发育。这些事实进一步表明了海岸风沙发育环境的一致性和继承性［3］。

图2

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图2   海岸“老红砂”风成沉积剖面及其年代

Fig.2   The sequences of the “Old Red Sand” deposits along the coasts of China


沙丘岩沉积厚度不一（图3），下伏基底地形有海滩砂、风成砂、海滩岩、花岗岩风化壳等，分布高度也有差别。如汕头广澳尖石头山，沙丘岩分布在海拔 40—80 m的山坡上［26］；而海南岛海岸风沙分布在平坦开阔的海岸平原上，沙丘岩往往发育于海滩后缘。昌江海尾、文昌南北沟的沙丘岩与风成砂共生，表明沙丘岩是风成砂后期在适宜的气候条件下胶结的产物［6，46］。

图3

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图3   沙丘岩风成沉积剖面及其年代

Fig.3   The aeolianites and those radiocarbon dates at some sites along the coasts of China


长乐东海、东山海岸沙丘剖面的不整合面代表沉积间断，反映风沙发育条件可能发生变化［35-36］（图4）。海南木堆剖面、辽宁盘锦剖面的海岸风沙发育于古土壤之上，表明海岸风沙沉积之前，可能经历了温暖湿润的气候阶段［14，37］。此外，庵山（ASS）、长乐南澳、漳浦赤湖等剖面，出现了红化现象，表明风沙沉积后可能发生了强烈的化学风化作用［17，28-29］。

图4

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图4   海岸沙丘风成沉积剖面及其年代

Fig.4   The sand dune deposits and those OSL dating results at some sites along the coasts of China


中国海岸风沙沉积具有均一性，沉积地层整体变化不大（图2—4），部分地点出现沉积间断。“老红砂”、沙丘岩与海岸沙丘存在共生关系，表明二者是海岸沙丘沉积后作用的产物。可见3种类型的海岸风沙沉积过程相似。

2 海岸风沙记录的环境变化

2.1　年代控制

早年海岸风沙沉积的定年手段主要是14C测年，一般利用泥炭、腐木、贝壳等残体的14C年代，间接估计风沙沉积的年龄。李从先等［42］根据滦河南岸风成砂下部沼泽沉积的14C年龄，推测昌黎海岸风成砂形成于3 500—2 000 a BP。宗永强等［11］分别测得了陆丰甲子“老红砂”下部淤泥和上部古土壤的14C年龄，认为“老红砂”于20 000—16 450 a BP期间堆积，之后风沙活动趋于稳定且形成古土壤。吴正［46］测定的海南昌江海尾沙丘岩中贝屑的14C年龄为1 720±70 a BP。然而，海岸风沙沉积过程中生物钙质介壳再沉积作用，可能导致获得的14C年龄比实际沉积年龄偏老。另一方面，采用海岸风沙中的泥炭等有机质进行14C测年，这些结果并不是海岸风沙沉积的实际年龄，恰恰反映了海岸风沙堆积过程中的沉积间断［47-48］。此外，海岸风沙沉积有机质含量少、植物残体缺乏，很大程度上限制了 14C 测年的运用。

电子自旋共振（ESR）、热释光（TL）测年方法的出现，使得海岸风沙沉积年龄的直接测定成为可能。业渝光等［49-50］用ESR方法对中国海岸风沙的年龄进行测定，结果表明山东柳夼红层形成于晚更新世以来；东部沿海绝大部分海岸风沙的年龄集中在70—10 ka BP。卢演俦等［51］用TL方法测定了深圳大鹏湾海岸沙丘及沙堤的年代。吴正等［7］测得的华南沿海“老红砂”的TL年代集中在56—42 ka BP、30—10 ka BP两个阶段。谭惠忠等［52］测定的闽粤沿海“老红砂”的TL年龄，与14C测年推测的沉积年龄相比偏年轻，这可能与“老红砂”沉积后经受的风化作用有关。整体来看，ESR、TL测年在中国海岸风沙研究中应用较少，可能与其较大的不确定性有关。

近年来，光释光（OSL）技术逐渐被应用到海岸风沙年代的测定中。研究表明，海岸风沙颗粒晒退良好，适用于 OSL 测年且结果可靠［53-54］。然而，中国南方较老海岸风沙（如“老红砂”）年剂量估算可能受到风化程度的影响［32］。

年代控制是过去环境变化重建、对比研究的关键。风成砂OSL年龄是指风沙颗粒搬运过程中经过晒退，且被埋藏的时间，因此风沙沉积OSL年代结果代表风沙活动时期还是沙丘固定时期，关系到风沙沉积指示的气候环境的解释［55］。Roskin 等［56］提出风成砂OSL年龄反映了风沙活化-固定的沉积旋回：风沙剖面上部较年轻的年龄代表风沙活动减弱或即将结束，而沙丘下部较老年龄则反映了较强的风沙活动导致风沙物质开始沉积。这一观点也得到其他学者的支持［57-58］。因此，海岸风沙的OSL年龄代表海岸风沙沉积的时间，其年代统计结果能够指示海岸风沙活动的强度。

需要指出的是，已开展工作显示中国海岸风沙沉积的年代存在一定的区域差异（图2、4）。热带海南岛沿岸最老的海岸沙丘开始堆积于9 000 a BP，大多数在全新世早期和中期。亚热带福建海岸沙丘沉积的OSL年龄最老为5 600 a BP，整体比较年轻，集中在全新世中晚期［24，27］。福建沿海的“老红砂”年代可追溯到末次间冰期，而海南沿海发现的最老“老红砂”约20 000 a BP。海岸风沙沉积时代的地域差异可能与风沙的保存条件有很大的关系，也可能与不同海岸、不同时期影响风沙沉积的关键控制因素有关。譬如，海南岛海岸风沙发育于海岸平原，地形开阔，冬季风强盛，有利于大规模沙丘的发育［4］；而福建沿海地区多山地丘陵，地形狭窄不利于海岸沙丘发育和保存［24］。然而，这种地形使得“老红砂”台地长期以来受干扰较小，有利于“老红砂”的保存［3］。考虑到本文收集的海岸风沙沉积序列主要分布在东南沿海，而这些区域主要受亚洲季风气候影响［59］，因此，有必要考察海岸风沙活动与季风气候变化的成因联系。本文利用概率密度函数统计了老红砂、海岸沙丘的OSL年代共160个。尽管不同时段测年样品的采样频次可能会影响到年代概率密度的分布［60］，然而考虑到统计样品量较大，且区域范围覆盖广泛，统计结果能够反映海岸风沙活动与区域气候的联系。已有的沙丘岩测年结果大都为14C测年，故沙丘岩选择14C年代进行分析。

2.2　“老红砂”

本文综合分析了中国沿海地区的10个“老红砂”剖面，共79个OSL年龄，由此绘制了“老红砂”的OSL年代概率密度分布图（图5）［59-68］。概率密度的高值指示强烈、频繁的风沙活动［60］。结果显示，128—78 ka BP的末次间冰期阶段，“老红砂”堆积主要出现在120 ka BP、105 ka BP、80 ka BP前后；进入末次冰期，73 ka BP前后风沙活动快速增强，“老红砂”的堆积主要出现在73—55 ka BP；55 ka BP以来，风沙活动整体减弱。

图5

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图5   中国“老红砂”风成沉积记录与其他气候记录的对比

A.中国“老红砂”风沙沉积OSL年代分布； B.中国“老红砂”风沙沉积OSL年代概率密度曲线； C.30°N的 6月太阳辐射［68］； D.石笋氧同位素指示的夏季风变化［59］； E.黄土中值粒径指示的冬季风变化［64］； F.30°N的 12月太阳辐射［65］；G.LR04深海氧同位素曲线［66］；H.全球海平面变化［63］

Fig.5   Comparison of the “Old Red Sand” along the coasts of China with other climatic records


一般来说，海岸风沙的发育受风场条件、沙源供给、沉积场所等因素的影响［1，3，12］。此外，植被覆盖也会影响到沙物质的获取［61］。然而，海岸沙地植被稀少［62］，因此植被状况并不是海岸风沙发育的主要制约因素。120 ka BP前后为深海氧同位素阶段MIS 5e到MIS 5d的过渡阶段，73—55 ka BP为末次冰期早期。这些时段全球海平面处于下降阶段［63］，石笋记录的夏季风强度减弱［59］，黄土粒度组成显示冬季风风力显著增强［64］（图5）。因此，风沙活动的增强可能与大面积暴露的陆架有关。陆架提供了丰富的沙物质，在冬季风的作用下形成较为广泛的风沙堆积，进而沉积后经“红化作用”形成“老红砂”［7］。105 ka BP、80 ka BP前后，北半球太阳辐射增强，夏季风处于强盛期［65］。东南沿海地区大量的降水导致河川径流量增加，将更多的泥沙输入近海，而此时处于间冰阶高海面时期，沿岸流、波浪将近海丰富的沙物质带到海滩，为海岸沙丘的发育提供了丰富的沙源［16，30，66］。另一方面，由于太阳辐射的季节性增强，这些时段冬季风强度有所增强［67］，从而导致海岸风沙活动加强。由此可见，“老红砂”在高海面或低海面时期均可能发生堆积，是海岸环境对不同尺度全球变化响应的结果［15，27，34］。55 ka BP至晚冰期，海平面处于晚更新世的最低时期（图5），夏季风总体减弱，陆架出现沙漠化［68］。因此，该时段较低的概率密度值并不代表风沙活动减弱，而实际情况正好相反：末次冰期至少在东海、黄海和渤海等陆架分布有大面积风沙及其衍生沉积［69］。较低的概率密度值可能反映了晚冰期以来海平面上升使得末次冰期海岸风沙沉积记录整体匮乏的事实。

2.3　沙丘岩

中国海岸沙丘岩的发育仅限于华南沿海，分布点较少，对沙丘岩的研究也有限。统计的30个14C年代结果显示，沙丘岩主要形成于中、晚全新世，在3 000—2 000 a BP相对集中（图6）。3 000 a BP前， 海平面处于冰后期的高海面时期，冬季风增强，海岸风沙活动频繁。强大的冬季风在沙丘岩的沉积结构中也留下了证据，据此认为福建海岸的古今风向并没有发生明显的变化［70-71］。风沙堆积完成后在适宜的气候条件下进行胶结［23］，华南地区沙丘砂中含有较多的贝屑组分，可以为沙丘岩的发育提供胶结物质［46，72］。尽管一些学者认为东亚季风具有穿时性，3 000 a BP前后华南气候湿润［73-74］，然而石笋、湖泊、深海沉积等记录显示晚全新世华南地区相对干热［59，72，75-77］。这种气候条件使得地表水加速溶解碳酸盐物质，干燥促进蒸发，有利于沙丘砂迅速胶结成岩［6］。需指出的是，沙丘岩14C测年结果并不能确切代表沙丘岩的形成年代。因此，其成因与区域气候环境变化的联系仍然存在很大的不确定性，有待于进一步开展包括绝对定年、沉积过程、沉积后过程（胶结成岩）等的研究。

图6

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图6   中国沙丘岩14C年代分布与概率密度曲线（据文献［22］修改）

Fig.6   The distribution of 14C age and probability density plot of the age from aeolianites （modified according to ［22］）


2.4　海岸沙丘

利用概率密度函数分析了15个海岸沙丘沉积地点的81个OSL年龄，结果显示，中国海岸沙丘剖面记录的风沙活动集中在3 000 a 以来，而近1 000 a 以来风沙活动尤为显著（图7）。本文所得的海岸风沙活动变化序列与前人研究结果大体一致。吴正等［8］指出，华南沿海的海岸风沙主要形成于近3 000 a 来的晚全新世。靳建辉等［35］汇总了华南沿海海岸风沙的14C、TL及部分OSL年代，得出近1 000 a 来是华南沿海海岸风沙发育的主要阶段。这些研究结果意味着海岸沙丘的发育可能受某些共同的因素所制约。

图7

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图7   中国海岸沙丘沉积记录与其他气候记录的对比

A.中国海岸沙丘风沙沉积OSL年代分布；B.中国海岸沙丘风沙沉积OSL年代概率密度曲线；C.湖光岩玛珥湖磁化率指示的冬季风变化［78］；D.30°N 6月太阳辐射［65］；E.石笋氧同位素指示的夏季风变化［59］；F.全球海平面变化［63］

Fig.7   Comparison of sand dunes records along the coasts with other climatic records in China


植被因素对海岸沙丘发育的影响较小。近3 000 a 来，石笋记录反映的夏季风强度并没有明显的变化［59］，因此，季风降水引起径流量增大对沙源供给的影响可能并不是风沙堆积的主要影响因素。此外，该时期为冰后期的高海面时期，海平面升降不大［63］，对海岸风沙活动的影响也应较小。然而，湖光岩玛珥湖磁化率显示，近3 000 a来冬季风逐渐增强，达到全新世最为强盛的时段［78］。增强的冬季风提供了强大的风动力条件，从而导致强烈的风沙活动。因此，近3 000 a来海岸风沙沉积可能主要受冬季风强度的影响。近1 000 a来海岸风沙活动频繁，可能与小冰期干冷的气候有一定的联系［35］。陈方等［79］也认为干冷气候可促进海岸沙丘的发育。近年来，福建晋江庵山、长乐等地海岸沙丘的研究也表明，近千年来的海平面变化不是海岸风沙活动的主要影响因素，该时段海岸风沙沉积的大量出现主要是东亚冬季风变化区域响应的结果［31，36］。

3 结论与展望

本文回顾了中国28个海岸风沙沉积剖面，利用概率密度函数分析了190个风沙沉积绝对测年，取得的主要认识为：①中国主要有3种海岸风沙沉积，大都由石英为主的陆源碎屑组成，物源相近，沉积物具有均一性，地层层序整体变化不大。②海岸风沙沉积的年代分布特征存在区域差异。热带海南岛海岸沙丘年龄较亚热带福建海岸偏老，而热带海岸“老红砂”的年龄整体偏小，这可能与海岸风沙保存条件及沉积过程的影响因素有关。③不同时间尺度海岸风沙活动的主要控制因素不同。“老红砂”在冰期-间冰期尺度的风沙活动强度既受冬季风影响，也与海平面升降调控的物源供给有很大的关系。在120 ka BP前后、73—55 ka BP等时期，海平面下降陆架提供了丰富物源，又因强盛的冬季风，风沙活动强烈；而在105 ka BP、80 ka BP前后，对应于高海平面时期，丰富的沙源以及季风气候的季节性增强等有利于“老红砂”堆积；55 ka BP以来的风沙活动的减弱可能更多地反映了沉积记录淹没于现代海平面以下的事实，并不代表事实上的风沙活动状况。全新世海岸沙丘集中发育于近3 000 a来，主要受控于冬季风的变化，海平面变化对其影响不大。

尽管中国海岸风沙沉积记录的环境变化研究已取得丰富的成果，但仍存在一些不足：①海岸风沙的沉积过程，如风沙沉积影响因素、“老红砂”的红化作用、沙丘岩的成岩机制等，有待于进一步深入认识。②海岸风沙沉积年代控制有待加强。目前，OSL年代样本量相对偏少，且受年代样品采样频次等的影响，增加了风沙活动事件提取的不确定性。此外，“老红砂”沉积后的风化作用对OSL测年也有一定影响。③不同海岸段研究程度不均衡，缺乏系统性的研究工作。未来的研究或可选择典型海岸段，以海岸风沙沉积过程及其影响因素作为切入点，开展沙物质来源、搬运、沉积等过程的系统性研究。在进一步加强风沙沉积年代控制的基础上，采取多沉积序列综合分析，从而探讨中国海岸风沙沉积时空分异规律及其对全球变化的响应过程与机制。 需要提及的是，中国海岸正在受到强烈的人类活动影响，大量原生沉积地层遭到破坏，因此，相关研究须及时开展。

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